[發明專利]一種超高強度高韌性鎂合金材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201210460820.X
• 申請日: 2012-11-15
• 公開（公告）號: CN103805821A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 劉紅偉;朱寶宏;王鋒;李錫武;李志輝;張永安;熊柏青
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: C22C23/06
• 分類號: C22C23/06;B22D11/06;C22F1/06
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 程鳳儒

技術領域

本涉發明及一種鎂合金材料，特別是強度在500~600MPa的高強高韌鎂合金材料及其制備方法。

背景技術

現代航空、航天、船舶、交通、軍事工業和高技術產業的不斷發展，對具有高性能或優異綜合性能的先進材料需求不斷增加，這種趨勢促使人們致力于新型高性能鎂合金研究開發和用更先進的制備技術提高傳統鎂合金系（如Mg-Al系、Mg-Zn系、Mg-RE系等）的綜合性能以滿足結構材料的使用要求。

從抑制高合金化材料在凝固過程中容易產生的各種合金元素偏析、控制合金質量的角度來講，傳統鑄錠冶金技術已經無能為力，采用快速凝固技術已成為必然的選擇。到目前為止，世界上已經發展了多種快速凝固技術，其中快速凝固-噴射成形是最具代表性和應用最為廣泛的實用化技術之一——該技術近年來被廣泛用于研究和開發多種高性能的快速凝固材料。該工藝可使制備的合金材料獲得103K/s以上的冷卻速度，顯著地細化了合金的組織，大幅度地提高了合金的性能；與快凝粉末冶金工藝相比，合金的氧化程度明顯減輕，生產工序得到簡化。

在2003年3月14日北京有色金屬研究總院申請名為“一種超高強度高韌性鋁合金材料及其制備方法”專利申請并授予專利權（專利號為03119605.5）。在該專利中，詳細記載了關于噴射成形方法和所使用的設備的問題。噴射成形方法為：（1）按合金成分，配制預制合金錠；（2）升溫將合金預制錠熔化后，采用惰性氣體并通過霧化噴嘴進行霧化，霧化噴嘴以1～5Hz的頻率高速掃描，霧化氣體為高純惰性氣體，霧化壓力為0．5～1.0MPa；（3）在氣霧化的同時，將霧化液沉積在接收裝置上，即得到所需的鋁合金材料。噴射成形設備采用非真空噴射成形設備，該非真空噴射成形設備包括有：感應加熱熔爐、感應加熱或電阻加熱的中間包、導流管、氣流霧化噴嘴，接收罐體，在接收罐體中安裝接收裝置。因此，噴射成形技術是一個很成熟的技術。這是采用噴射成形方法制備鋁合金材料的公開專利。

雖然鎂合金材料的氣霧化沉積過程與其他材料（鋁合金、高溫合金等）的氣霧化沉積過程基本相同，但鎂合金在熔煉及霧化過程中粘滯性強、易燃燒和氧化等方面的特性對熔煉系統、熔體導流系統、霧化系統及其相應的制備控制體系提出了更高的要求，必須有針對性地加以重新設計和精心控制，才能實現氣霧化沉積過程的優化穩定控制，獲得高性能組織性能優異的噴射成形合金制品。

發明內容

本發明的目的是提供一種極限抗拉強度在500~600MPa的超高強度高韌性鎂合金材料，該新型合金比傳統高強高韌鎂合金（即一般指用傳統鑄造工藝制備的高強高韌鎂合金）強度提高35％以上、斷裂韌性提高20%以上，從而延長設備的使用壽命、節約合金原料、降低生產成本，以解決現有技術中存在的技術問題。

本發明的另一目的是提供一種適用于制造極限抗拉強度在500~600MPa的超高強度高韌性鎂合金材料的制備方法。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

本發明的極限抗拉強度在500~600MPa的超高強度高韌性鎂合金材料按重量百分比計，合金成分為Gd?7Wt%～10wt％，Y?3.5Wt%～5.8Wt％，Zn?1.7Wt%～3.5wt％，Zr?0.3～1wt％，其余為Mg。該材料顯微組織均勻，晶粒細小，無明顯的微觀和宏觀偏析現象發生。通過適當熱處理，材料的主要力學性能達到：σ_b＝550～600Mpa，σ_0.2＝520～550MPa，δ₅＝8～10％。

本發明的超高強度高韌性鎂合金材料按重量百分比計：

Gd優選7Wt%~10Wt%，進一步優選8Wt%~9Wt%，更優選是8.1Wt%~8.3Wt%；

Y優選3.5Wt%~5.8Wt%，進一步優選4Wt%~5.2Wt%，更優選是4.6Wt%~4.9Wt%；

Zn優選1.7Wt%~3.5Wt%，進一步優選1.9Wt%~2.8Wt%，更優選是2.1Wt%~2.3Wt%；

Zr優選0.3Wt%~1Wt%，進一步優選0.4Wt%~0.8Wt%，更優選是0.45Wt%~0.65Wt%。

本發明的鎂合金材料是通過采用噴射成形制備、熱變形加工和熱處理而制成的。

本發明的鎂合金材料的超高強度：其鎂合金材料的極限抗拉強度可達到500~600MPa；本發明的鎂合金材料的高韌性：其延伸率為8％～10％；本發明的鎂合金材料的斷裂韌性：其斷裂韌性比傳統的高強高韌鎂合金的斷裂韌性提高20%以上。